编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

7 ^3 f9 L# U: {  j

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
4 b( u, c5 @( c% A+ S

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

* W7 i9 r' v( z) m) y" q3 L

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

6 N6 Q: U4 l: `- b6 ?" V# {- N
/ T" ^& T2 w* }. d. _

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   ! q8 S- Z  i4 y3 z6 I
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

* I+ N6 w. m* ~    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

9 o) P9 F/ o5 K$ i    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

4 }7 |8 v& G5 r7 ^    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

+ y8 u" k, b$ o& z  |, D

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   $ a# _1 \$ k0 ?, W/ V
2. 
   7 ^  l$ Q' k, L5 U" D1 N$ P
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   , b( Q# j8 `* i: ^6 h
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

! ]6 L/ m' A) |- Z4 {   

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   7 X# B  d" b, q; H: q
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   . E  v% ]4 c  D+ W0 o% S
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   6 `1 {; k5 f' S; i* x- P+ n5 q6 H
6. 
     a# w8 X0 P$ c- Y! P
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   # T, n3 ]+ T% ?1 |7 ?
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   & C, O* K7 U1 ~; `9 M/ T3 H/ Z
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   % L! k, R! Q; O4 Z% }) C
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   4 ?0 z4 E' e9 u$ V) Q- R1 h
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   8 e. W/ I5 y: ~, I+ K7 y
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    & X9 @6 x, U+ p2 N  K
11. recv(s,...);
    ) B8 b' Y2 v2 f/ p/ V2 @
12. }
    7 A& k6 ?2 q1 Y4 x' A2 y& D$ l; U
13. //do something here
    - ^  [; ~) a+ B# w7 J: M  a/ W3 |
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   & Z0 U8 Z' b) Y' X' _' l# u
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   ( S" i) f; R2 b4 d7 L* N8 u
6. 
   + A' C. q7 F& N$ j4 A8 \- r+ m
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   1 J# M3 L6 j3 e+ ?
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

4 j2 p! u" ^! y2 `6 k. K

使用select函数的过程一般是：

    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。

% `. D" b& d$ ]: j6 P

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   . Z8 v; \  z# h1 v
3. #include <stdlib.h>
   + c) J% Y9 e# j& r+ D
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   ! H; M1 ]7 `. `$ Q/ O% g& c
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   & [: F6 j: A1 u, C( A
8. #include <fcntl.h>
   ( J- G. m8 v7 `0 B1 A: g7 s! r
9. #include <sys/stat.h>
   ; A" D4 I. D) Y
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    . p% C* i, b! _. E8 P3 ^0 x
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    # \5 R; g3 r/ K# v
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    $ p/ ^2 U# j( Y1 ^7 Q
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    9 Y. o# ?" j5 J* }
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    5 ?. k" ?  z2 [
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
      B1 U3 l1 x/ i. D2 M
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    6 Z3 ~; D# [# y- D% B* W
34.     printf("connect successfully\n");
    ( p' _: d! X& P8 ]  n
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    . g+ k' z! ~% w9 ]7 l1 `
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    ' b. h% j; l+ T$ ~& p; M
39.   
    , K2 m' H- @( A" l  D+ o& j
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    2 W8 ~8 O" i/ \& P
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    8 P1 S7 v7 I0 w, `9 b+ e9 L+ s
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    0 g' q7 {3 \" I4 l
46.    
    ; t0 p: M4 B2 _: [: }3 d9 o
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    6 b* Z% R/ ~  x9 ]. C% A& R
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    $ ]+ E6 \2 H2 h
53. }

复制代码

' W3 v" y; V7 P/ F1 c( X- A" I: ?* x

服务端：

1. #include <time.h>
   ; R5 ]1 C& x; N9 r& x( s! g
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   $ A) a6 D# Q9 |( K7 |, j  f
4. #include <string.h>
   1 L% }) L: q# K
5. #include <unistd.h>
   . `8 x/ |% s; R+ N# ?
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   4 s0 }4 V- M, p1 W) _
8. #include <sys/types.h>
   0 V+ v; D; u( a) A/ i+ s
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    8 j! ]& `# v  D
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    $ d* v. s' ~2 G) @4 w9 Y! G) l0 ?/ N
16.   struct sockaddr_in addr;
    9 @' S( R) B* k0 i( @
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    . m& R% g, c! \: J
18.   char msgbuffer[256];
    2 k$ P1 j! \5 w' T
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    " a5 }- n* U# L& ]4 m, Y! T
21.    
    $ C$ e7 p* }7 }
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    & a# x1 v3 m5 o+ c) Q
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    : c; L  ~/ o9 L, l& |
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    3 U& x! l, V' o' s8 p
33.   //将套接字于端口号绑定
    : O: x2 R8 y3 f2 R
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    0 T7 Y0 P3 D) r# S; E' M
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ' j! `% M6 D1 ^+ i; U# F3 o; k
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    7 `8 y9 M- ~$ J: u, q8 Y+ w# H
40. 
    9 \! C9 _& i9 r3 u  o/ \$ z
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    ( _7 Y0 {" u' u* g, o7 \( ~
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    0 a% a7 P" P* x
47.     FD_ZERO(&fds);
    3 _( \9 f& [% C$ G8 S
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    ) j; g6 U( s% K6 y$ C
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    3 K, b6 @( {" k% z: O, {0 ]4 \) R$ n
54. 
    8 n/ W( N8 e$ }5 I
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    / O% Q2 Y, }2 r. H) p1 R( h! d1 j
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    7 s) z  ^# x1 |3 H( O& v9 X
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    5 {& d; v& {$ ]$ }" `
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    8 U6 X$ d2 k7 t* {& W: G8 q
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    ' n) \8 L, X6 P3 y
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    + p6 p& \# C& b/ S( x
73.              close(fd);
    ' Q4 c- y7 _9 g2 x; H! M
74.              printf("close connected\n");
    5 g" e% U$ c" i+ l
75.           }
    ) {# X+ t$ L: V- |' m" M
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    / ^. V4 _+ i! ~7 C  u$ n
79.   }
    
80. }

复制代码

5 C$ s& J6 x! |4 }

" [$ I$ S1 x. j. }

! W$ ^: t/ u; ?& y
; S% q7 |$ }: F  E4 v